UNIVERSIDAD DE ALMERÍA

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MÁSTER EN PRODUCCIÓN VEGETAL EN CULTIVOS PROTEGIDOS

“EVALUACIÓN DEL DMPP (3,4-DIMETILPIRAZOL FOSFATO) SOBRE LA

CONCENTRACIÓN DE NITRATOS Y AMONIO DE UN SUELO ARENADO

CULTIVADO CON PEPINO BAJO INVERNADERO”

ALUMNA:

LIDIA MARÍA NOGUERA VICARIO ALMERÍA, DICIEMBRE 2012 DIRECTORES: DR. JULIO CÉSAR TELLO MARQUINA DR. JUAN ANTONIO SÁNCHEZ GARRIDO

1

EVALUACIÓN DEL DMPP (3,4-DIMETILPIRAZOL FOSFATO) SOBRE LA

CONCENTRACIÓN DE NITRATOS Y AMONIO DE UN SUELO ARENADO

CULTIVADO CON PEPINO BAJO INVERNADERO.

Autor: Lidia María Noguera Vicario

Resumen

En los sistemas hortícolas intensivos, los nitratos lixiviados con origen en los cultivos

son la mayor fuente de contaminación de los acuíferos, y es un problema a escala

mundial, tanto desde el punto de vista ambiental como sanitario. Esto es provocado por

el uso excesivo de fertilizantes en la agricultura. Para reducir los problemas ocasionados

por la lixiviación de nitratos al medio se están usando diversas moléculas que inhiben la

nitrificación, como es el caso del DMPP (3,4-Dimetilpirazol fosfato), que reduce el

riesgo de lixiviación de nitratos. En este trabajo se estudió la aplicación de una

fertilización mixta nítrica/amoniacal en combinación con el DMPP, además de una

reducción en la fertilización en un 25% en el contenido de N sobre un cultivo enarenado

de pepino para ver las concentraciones de nitratos y amonio en el suelo durante el ciclo

de producción otoño 2010. Los resultados expusieron que cuando aplicamos el DMPP

con una concentración de 25% menos de N, el comportamiento de la molécula era el

esperado, es decir, cuanto menos nitratos tenemos, más amonio se presenta en el suelo,

mientras que con el DMPP con la concentración de 100% de N no se obtuvieron los

resultados esperados a lo que podría describir el comportamiento por lo cual el DMPP

ha sido desarrollado para su uso en las explotaciones hortícolas.

Palabras clave: lixiviación, fertilización mixta nítrica/amoniacal, inhibidor de la

nitrificación, Nitrosomonas.

Abstract

In intensive horticultural systems, nitrates leached from the crop are a major source of

contamination of aquifers, and is a global problem, both environmentally and health.

This is caused by the excessive use of fertilizers in agriculture. To reduce the problems

caused by the leaching of nitrates to the environment are using various molecules that

inhibit nitrification, as is the case with DMPP (3.4-dimethylpyrazole phosphate), which

reduces the risk of leaching of nitrates. In this work, the application of nitrate/ammonia

2

mixed fertilization in combination with DMPP in addition to a reduction in fertilization

by 25% in the N content on a crop cucumber sanded to see the concentrations of nitrate

and ammonium in the soil during the fall 2010 production cycle. The results exhibited

that when applying the DMPP with a concentration of 25% less of N, had the behavior

of the molecule was expected, that is, the nitrates have less, more ammonium is

produced in the ground, while the DMPP with concentration of 100% N not obtained

the expected results which DMPP was developed for horticultural crops.

Keywords: leaching, nitrate/amonium mixed fertilization, nitrification inhibitor,

Nitrosomonas.

INTRODUCCIÓN

El nitrógeno es el elemento químico de mayor aplicación para el desarrollo de

los diversos cultivos hortícolas; y su forma en NO3- es el más utilizado en la

fertilización mineral (Granados, 2011). Dicho elemento tanto en su forma amoniacal

como nítrica afecta en las plantas de forma positiva mejorando sus niveles de

producción y calidad, más que cualquier otro elemento (Pasda et al., 2001; Zerulla et

al., 2001). El amonio debido a sus características físico-químicas tiene una mayor

retención en los suelos debido a su capacidad de intercambio catiónico, además de ser

utilizado por la microbiota edáfica (Bohn et al, 2001). Esta forma amoniacal es esencial

en el ciclo del nitrógeno y su exceso en el suelo puede derivar en una oxidación

microbiana hacia nitratos (Bollmanm, 2006).

Pero no todos los aspectos son positivos para el nitrógeno, su alta movilidad en

el suelo en forma de nitratos lo hace altamente susceptible de lixiviarse generando de

esta forma connotaciones adversas para su entorno. (Di y Cameron, 2002; Wu et al.,

2007; Yu et al., 2008).

Actualmente, las emisiones de nitratos en las aguas de riego y drenaje son la

principal causa de contaminación de acuíferos subterráneos y superficiales (IFAPA,

2012). Una de las consecuencias que afectan al medio ambiente es la eutrofización de

las aguas (Kelly, 2001), haciendo imposible el desarrollo de diversas especies acuáticas.

Por otra parte las altas concentraciones de nitratos pueden derivar en problemas de salud

pública (Granados, 2011).

Por ello, la Unión Europea en su directiva 91/676/CEE (12 de Diciembre de

1991), instituye en todos sus estados miembros un plan de monitoreo y control sobre los

3

lixiviados de origen agrícola y desarrolló una serie de acciones que tienen como fin el

de reducir las cantidades de N aportadas a los suelos agrícolas estableciendo un límite

máximo en la concentración de NO3- en aguas subterráneas y superficiales de 50 mg·L

-

1. Dicha directiva fue también adoptada en España mediante el Real Decreto 261/1996

(16 de Febrero de 1996) y en Andalucía con los Decretos 261/1998 (15 de Diciembre de

1998) y 36/2008 (5 de Febrero de 2008), con la que se definen las zonas vulnerables a la

contaminación por nitratos (ZVCN).

Diversas estrategias se han propuesto para paliar esta problemática como lo son

el uso racional de los fertilizantes nitrogenados, un manejo óptimo de las dotaciones del

agua de riego o el uso de diversas moléculas químicas conocidas como inhibidores de la

nitrificación. Dentro del grupo de los inhibidores de la nitrificación se encuentra el

DMPP (3,4-Dimetilpirazol fosfato) que aplicado en combinación con fertilizantes como

la Urea o el Nitrato de amonio, inhibe el primer paso de la nitrificación retrasando la

oxidación del NH4+ a NO2

- que efectúan las bacterias del género Nitrosomonas

(McCarty, 1999; Zerulla et al., 2001); reduciendo de ésta forma el riesgo de lixiviación

de nitratos.

El campo de Almería es una zona intensiva de producción hortícola, la cual ha

sido designada como ZVCN (Decreto 261/1998) en donde el uso de fertilizantes

nitrogenados es la principal fuente de lixiviados con altas concentraciones de nitratos.

En base a esta problemática, el propósito de este estudio fue el de evaluar el efecto del

DMPP y una nutrición mixta nítrico/amoniacal sobre la concentración de nitratos y

amonio en un suelo arenado cultivado con pepino bajo invernadero.

MATERIALES Y MÉTODOS

Un cultivo enarenado de pepino (Cucumis sativus) tipo Almería cv Borja se

estableció durante la campaña de producción de otoño del 2010 (con una duración de

113 días) en un invernadero de tipo multitúnel en el sureste español (Almería, España).

El cultivo se estableció a siembra directa con una densidad de población de 1,6

plantas·m-2

. En el experimento se desarrollaron 3 tratamientos de fertilización en un

diseño de bloques aleatorios con 3 repeticiones cada uno. Los tratamientos aplicados

fueron: Tratamiento 0 (Testigo) en el cual se aplicó una fertilización mixta

nítrica/amoniacal utilizando NH4NO3 (34,2%) como fuente nitrogenada siendo la

fertilización de base 8 mM de NH4+ y 8 mM de NO3

-; Tratamiento 1 (DMPP 100%N)

con DMPP en el fertilizante líquido mixto nítrico/amoniacal Novatec Fluid® (10%

4

NH4+; 10% NO3

- y 0,8% DMPP) e igual dosis de nitrógeno que el testigo; y un

Tratamiento 2 (DMPP -25%N) con DMPP en el fertilizante líquido mixto

nítrico/amoniacal Novatec Fluid®

(10% NH4+; 10% NO3

- y 0,8% DMPP) pero con -25%

de N en comparación con el Testigo y el Tratamiento 1. Todos los tratamientos fueron

aplicados en cada dotación de riego utilizando una abonadora manual para cada parcela

experimental. Y la fertilización para todas las parcelas fue aplicada mediante

fertirrigación a partir de un cabezal principal basándose en el equilibrio nutritivo: 2,5

mM de H2PO4-; 2 mM de SO4

-2; 5 mM de K

+; 4 mM de Ca

+2; 2 mM de Mg

+2 y

micronutrientes.

Los suelos fueron muestreados para su análisis en las concentraciones de NO3- y

NH4+ durante el ciclo de producción a los 14, 56 y 110 días después de la siembra, a una

profundidad de 0 a 20 cm localizándose el punto de muestreo entre la planta y el gotero

emisor de riego, estando cada repetición integrada por la mezcla de 3 puntos de

muestreo.

Las muestras se analizaron en el Departamento de Edafología y Química

Agrícola de la Universidad de Almería, midiendo en ellas las concentraciones de

nitratos y amonio. El estudio empezó midiendo diversos parámetros básicos como la

conductividad eléctrica (conductivimetro Crison 522), el pH y temperatura (pHmetro

Crison micropH 2001).

Análisis de NO3-

El contenido de nitratos en la solución del suelo se obtuvo por radiación

ultravioleta. Las diluciones se midieron en un espectrofotómetro ultravioleta (Unicam

UV/Vis) a dos longitudes de onda distintas: a 220 nm para obtener la lectura

correspondiente a los nitratos, y a 275 nm para obtener la interferencia debida a la

materia orgánica disuelta.

Análisis de NH4+

Del nitrógeno de este suelo, se calculó el nitrógeno total y se hizo además su

fraccionamiento (en orgánico, inorgánico, nítrico y amónico). Para la determinación del

nitrógeno total se realizó con el método de Bouat y Crouzet (1965).

Posteriormente para el fraccionamiento del nitrógeno se utilizó la siguiente

metodología: la determinación del nitrógeno inorgánico total (NH4

+

+NO3

-

+NO2

-

) y la

determinación del nitrógeno amónico (N-NH4) se determinaron por el método de

5

Mulvaney, (1996) y la determinación del nitrógeno orgánico se obtuvo por diferencia

entre el nitrógeno total y el nitrógeno inorgánico.

Los datos obtenidos fueron analizados estadísticamente con el programa

Statgraphics Plus 5.1, a través de un análisis de varianza (ANOVA), y realizando la

comparación de medias mediante el método de las Diferencias Mínimas Significativas,

para ver diferencias entre los tratamientos. Los resultados son presentados y discutidos

en el siguiente apartado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Concentración de NO3-

No hay una significación estadística que siga una lógica que podamos entender,

la tendencia de las gráficas merecen algunos comentarios:

No hay un muestreo representativo de un suelo, ni para una muestra tomada para

evaluar los nutrientes, ni para evaluar la microbiota del suelo. Además tendríamos que

tener en cuenta que el comportamiento de los nitratos está ligado al de otros iones como

cloruros, sulfatos, sodio, calcio y potasio. A partir de aquí, las tendencias nos indican:

1. En el primer muestreo (Gráfica 1), realizado a los 14 días después de la

siembra puede parecer claro que el producto ha actuado inhibiendo a la

microbiota nitrificadora puesto que el testigo presenta mayor concentración de

nitratos que los otros tratamientos (el DMPP 100%N tenía una concentración

menor en un 68,95% y el DMPP -25%N un 44,56% menos en comparación al

testigo) (Cuadro 1) y el tratamiento DMPP 100%N parece más eficiente en

reducir los nitratos que el tratamiento DMPP -25%N (Gráfica 1).

2. En el segundo muestreo (Gráfica 1), los resultados graficados contradicen lo

que de una manera aparentemente lógica se obtuvo en el primer muestreo.

Véase el segundo punto de la gráfica. Y aunque el tratamiento DMPP -25%N

parece seguir la lógica inicial en el primer muestreo tanto el testigo como el

tratamiento DMPP 100%N contradicen esta lógica (el tratamiento DMPP

100%N presentó una concentración de NO3- mayor en un 44,46% y un 26,93%

con respecto al tratamiento DMPP -25%N y al Testigo).

3. En el tercer muestreo (Gráfica 1) parece como si se restaurase la lógica del

primer punto para los tratamientos con DMPP, ambos disminuyeron mientras

que el testigo no se modificó (el Testigo presentó una concentración de NO3-

6

mayor en un 33,51% para el DMPP 100%N y en un 58,10% mayor con

respecto al DMPP -25%N).

Si se tiene en cuenta que el abonado y el riego del cultivo fue igual para los tres

tratamientos, sería la molécula la que debería estar expresándose y sin embargo no lo

hace.

¿Pudieron influir las temperaturas en la actividad microbiana del suelo y en

consecuencia no actuar la molécula añadida sobre la población microbiana?

Expuesta esta aseveración, habría que considerar que el último muestreo se

realizó aproximadamente 30 días después de que las temperaturas ambientes iniciaran

su descenso, por lo que pudiera verse afectado el comportamiento microbiano. Pues

según Paul y Clark (1989) la temperatura es un factor que claramente afecta a la tasa de

la nitrificación en el suelo reduciéndose considerablemente cuando las temperaturas

están por debajo de los 5ºC.

Cuadro 1. Concentración de NO3- en mmolc/L a través de los diversos muestreos

realizados con su análisis de la varianza y comparación de medias con un α=0,05.

Tratamientos [NO3

-] mmolc/L

14 DDS* 56 DDS* 110 DDS*

Testigo 21,03 ± 16,69 11,67 ± 0,99 b 11,43 ± 4,89

DMPP 100%N 6,53 ± 1,79 15,97 ± 3,50 ab 7,60 ± 3,18

DMPP -25%N 11,66 ± 2,87 8,87 ± 2,53 a 4,79 ± 0,63

p-valor 0,2641 0,0391 0,1316

DDS*: Días después de la siembra.

7

Gráfica 1. Concentración de NO3-

en mmolc/L a través de los diversos muestreos

realizados.

Concentración de NH4+

El cuadro 2 corresponde a los niveles de amonio. Téngase en cuenta que el

DMPP actúa impidiendo que el NH4 se transforme en NO3-. Esto quiere decir que la

relación es inversa. Veamos con detalle la gráfica 2 aunque no tengamos suficiente

significación estadística. La discusión se realizó siguiendo la discusión anterior. Es

decir, muestreo por muestreo.

En principio las curvas en su tendencia general (Gráfica 2) casi son

complementarias a la inversa de la gráfica de los nitratos a excepción hecha de los

testigos. La curva que representa al testigo es de la misma forma que para los nitratos.

Lo que parece indicar que los nitratos y el amonio tienen un comportamiento

complementario, tanto nitrato se produce como amonio se transforma.

Observemos la curva correspondiente al segundo tratamiento que es el DMPP

100%N, cuanto más disminuye la cantidad de amonio mas aumenta la cantidad de

nitrato, la cual es lo contrario según el efecto de la molécula.

Para el tercer tratamiento (DMPP -25%N) ocurre que cuando menos nitrato, se

produce más amonio en el suelo, y ésta es la respuesta esperada de la molécula.

0

5

10

15

20

25

14dds 56dds 110dds

[NO

3 - ]

mm

ol c

.L -1

Testigo

DMPP 100%N

DMPP -25%N

8

Cuadro 2. Concentración de NH4+ en % a través de los diversos muestreos realizados

con su análisis de la varianza y comparación de medias con un α=0,05.

Tratamientos [NH4

+] %

14 DDS* 56 DDS* 110 DDS*

Testigo 0,0022 ± 0,00033 b 0,0019 ± 0,00080 0,0019 ± 0,00022

DMPP 100%N 0,0014 ± 0,0013 ab 0,00080 ± 0,00064 0,0020 ± 0,00053

DMPP -25%N 0,00038 ± 0,0005 a 0,0023 ± 0,0023 0,0018 ± 0,00043

p-val 0,0918 0,4508 0,9273

DDS*: Días después de la siembra.

Gráfica 2. Concentración deNH4+ en % a través de los diversos muestreos realizados.

Los resultados anteriormente expuestos cuentan con la dificultad de que los

trabajos en los que se ha estudiado el comportamiento del DMPP inhibiendo la

nitrificación realizados por Wu et al. (2007), Yu et al. (2008) y Li et al. (2008), han

analizado los lixiviados en columnas de suelo bajo condiciones controladas en

laboratorio (ya que en suelo hay numerosos factores que son difíciles de evaluar), en

donde han encontrado una disminución en la tasa de nitrificación y obteniendo una

mayor concentración de amonio durante un mayor tiempo en aquellos tratamientos en

los que se aplicó el DMPP (≈ 1% p/p). Los datos obtenidos para los nitratos en el suelo

para el tratamiento DMPP 100%N y para el amonio presente en el testigo coinciden con

el comportamiento a los publicados por Serna et al. (2000) en donde la nitrificación fue

casi inmediata en el caso de los fertilizantes sin DMPP, en necesario aclarar que evaluó

la nitrificación en un cultivo de cítricos desarrollado en macetas y aplicando como

fuentes de fertilización NH4NO3 + (NH4)2SO4 + DMPP. Hay que poner de manifiesto

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

14dds 56dds 110dds

[NH

4+]%

Testigo

DMPP 100%N

DMPP -25%N

9

que el trabajo de Serna et al. (2000) evaluó la cantidad de amonio y nitratos en el suelo

después de una única aplicación al comienzo del ensayo, difiriendo de esta forma a

nuestra forma de aplicación continua del producto en cada dotación de riego.

CONCLUSIONES

La comparación de las curvas de amonio y de nitratos nos permitió una lógica

explicativa más nítida y por ello menos libre de contradicciones. La aproximación

lógica fue que en el DMPP a un 25% menos de N, el comportamiento de nitrato y

amonio es lo esperado. La contradicción surgió cuando se observa el DMPP con la

concentración de 100% de N donde ocurrió lo contrario a lo esperado. ¿Tiene alguna

explicación en la bibliografía este comportamiento? ¿Puede afectar nuestra forma de

aplicación creando un exceso de N en el suelo que haga imperceptible el efecto del

DMPP en las poblaciones microbianas nitrificantes?

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